Kuka tietää? Me vai aika-avaruus?

Metafysiikka? Monet tiedemiehet pelkäävät, että hypoteesit mielen ja muistin kvanttiluonteesta kuuluvat tähän hyvin tunnettuun epätieteelliseen alaan. Toisaalta, mitä, jos ei tiedettä, on fyysisen, vaikkakin kvanttipohjaisen tietoisuuden etsiminen yliluonnollisten selitysten etsimisen sijaan?

1. Mikrotubulukset - Visualisointi

Lainatakseni New Scientist -lehden joulukuun numeroa, arizonalainen anestesialääkäri Stuart Hameroff on sanonut vuosia, että mikrotubulukset - kuiturakenteita, joiden halkaisija on 20-27 nm ja jotka muodostuvat tubuliiniproteiinin polymeroitumisen seurauksena ja jotka toimivat solun muodostavana tukirangana, joka muodostaa solun, mukaan lukien hermosolun (1) - esiintyy Kvantti "superpositiot"jonka ansiosta niillä voi olla kaksi eri muotoa samanaikaisesti. Jokainen näistä muodoista liittyy tiettyyn määrään tietoa, kubitem, tässä tapauksessa tallennetaan kaksi kertaa niin paljon dataa kuin se näyttää tämän järjestelmän klassisen ymmärryksen perusteella. Jos tähän lisätään ilmiö kubitin sotkeutuminen, eli lähellä olevien hiukkasten vuorovaikutukset, osoittaa malli aivojen toiminnasta kvanttitietokoneenakuuluisa fyysikko Roger Penrose kuvasi. Hameroff teki myös yhteistyötä hänen kanssaan selittäen näin aivojen poikkeuksellista nopeutta, joustavuutta ja monipuolisuutta.

2. Stuart Hameroff ja Roger Penrose

Planckin mittausten maailma

Kvanttimielen teorian kannattajien mukaan tietoisuuden ongelma liittyy Planckin asteikon aika-avaruuden rakenteeseen. Ensimmäistä kertaa edellä mainitut tiedemiehet - Penrose ja Hameroff (90) korostivat tätä töissään 2-luvun alussa. Heidän mukaansa, Jos haluamme hyväksyä tietoisuuden kvanttiteorian, meidän on valittava tila, jossa kvanttiprosessit tapahtuvat. Se voi olla aivot - kvanttiteorian näkökulmasta neliulotteinen aika-avaruus, jolla on oma sisäinen rakennensa käsittämättömän pienessä mittakaavassa, luokkaa 10-35 metriä. (Planun pituus). Tällaisilla etäisyyksillä aika-avaruus muistuttaa sientä, jonka kuplien tilavuus on

10-105 m3 (atomi koostuu avaruudellisesti lähes sataprosenttisesti kvanttityhjiöstä). Nykyajan tietämyksen mukaan tällainen tyhjiö takaa atomien vakauden. Jos myös tietoisuus perustuu kvanttityhjiöön, se voi vaikuttaa aineen ominaisuuksiin.

Mikrotubulusten läsnäolo Penrose-Hameroffin hypoteesissa muuttaa tila-aikaa paikallisesti. Hän "tietää", että olemme, ja voi vaikuttaa meihin muuttamalla mikrotubulusten kvanttitiloja. Tästä voidaan vetää eksoottisia johtopäätöksiä. Esimerkiksi sellainen kaikki tietoisuuden tuottamat muutokset aineen rakenteessa meidän aika-avaruusosassamme voidaan teoriassa tallentaa mihin tahansa aika-avaruuden osioon, esimerkiksi toisessa galaksissa.

Hameroff esiintyy useissa lehdistöhaastatteluissa. panpsykismin teoriaperustuu oletukseen, että kaikessa ympärilläsi on tietyntyyppistä tietoisuutta. Tämä on vanha näkymä, jonka Spinoza kunnosti XNUMX-luvulla. Toinen johdettu käsite on panprotopsykismi - Filosofi David Chalmers esitteli. Hän loi sen nimeksi käsitteelle, että on olemassa "epäselvä" olento, joka on mahdollisesti tietoinen, mutta joka tulee todella tietoiseksi vasta aktivoituessaan tai jakautuessaan. Esimerkiksi kun prototietoiset olennot aktivoituvat tai aivot pääsevät niihin käsiksi, ne tulevat tietoisiksi ja rikastavat hermoprosesseja kokemuksella. Hameroffin mukaan panprotopsyykkisiä olentoja voidaan jonain päivänä kuvata universumin perustavanlaatuisen fysiikan termein (3).

Pienet ja suuret romahtavat

Roger Penrose puolestaan ​​Kurt Gödelin teoriaan perustuen todistaa, että jotkin mielen tekemät toimet ovat arvaamattomia. Osoittaa sen et voi selittää ihmisen ajattelua algoritmisesti, ja selittääksesi tämän laskemattomuuden, sinun on tarkasteltava kvanttiaaltofunktion ja kvanttigravitaation romahdusta. Muutama vuosi sitten Penrose pohti, voisiko olla olemassa varautuneiden tai purkautuneiden neuronien kvantti superpositio. Hän ajatteli, että neuroni voisi olla aivojen kvanttitietokoneen tasolla. Klassisessa tietokoneessa bitit ovat aina "on" tai "off", "nolla" tai "yksi". Toisaalta kvanttitietokoneet toimivat kubittien kanssa, jotka voivat olla samanaikaisesti "nollan" ja "yksi" superpositiossa.

Penrose uskoo siihen massa vastaa aika-avaruuden kaarevuutta. Riittää, kun kuvitellaan aika-avaruus yksinkertaistetussa muodossa kaksiulotteisena paperiarkkina. Kaikki kolme tilaulottuvuutta puristetaan x-akselille, kun taas aika on piirretty y-akselille.Yhdessä paikassa oleva massa on yhteen suuntaan kaareva sivu ja toisessa paikassa oleva massa on kaareva toiseen suuntaan. Tärkeintä on, että massa, sijainti tai tila vastaa tiettyä kaarevuutta aika-avaruuden perusgeometriassa, joka luonnehtii maailmankaikkeutta hyvin pienessä mittakaavassa. Siten jokin superpositiossa oleva massa tarkoittaa kaarevuutta kahteen tai useampaan suuntaan samanaikaisesti, mikä vastaa kuplaa, pullistumaa tai erotusta tila-aikageometriassa. Monien maailmojen teorian mukaan, kun näin tapahtuu, voi syntyä kokonaan uusi universumi – aika-avaruuden sivut eroavat toisistaan ​​ja avautuvat yksittäin.

Penrose on jossain määrin samaa mieltä tästä visiosta. Hän on kuitenkin vakuuttunut siitä, että kupla on epävakaa, eli se romahtaa yhteen tai toiseen maailmaan tietyn ajan kuluttua, mikä on jossain suhteessa erotuksen mittakaavaan tai kuplan aika-avaruuden kokoon. Siksi ei tarvitse hyväksyä monia maailmoja, vaan vain pieniä alueita, joilla universumimme on repeytynyt. Fyysikko havaitsi epävarmuusperiaatteen avulla, että suuri erotus romahtaa nopeasti ja pieni hitaasti. Niin pieni molekyyli, kuten atomi, voi pysyä superpositiossa hyvin pitkän ajan, esimerkiksi 10 miljoonaa vuotta. Mutta iso olento, kuten kilon painoinen kissa, voi pysyä superpositiossa vain 10-37 sekuntia, joten emme usein näe kissoja superpositiossa.

Tiedämme, että aivojen prosessit kestävät kymmenistä satoihin millisekunteihin. Esimerkiksi värähtelyillä, joiden taajuus on 40 Hz, niiden kesto, eli intervalli, on 25 millisekuntia. Elektroenkefalogrammin alfarytmi on 100 millisekuntia. Tämä aikaasteikko vaatii massananogrammia superpositiossa. Superpositiossa olevien mikrotubulusten tapauksessa tarvittaisiin 120 miljardia tubuliinia, eli niiden lukumäärä on 20 XNUMX. neuronit, mikä on sopiva määrä neuroneja psyykkisiin tapahtumiin.

Tutkijat kuvaavat, mitä hypoteettisesti voisi tapahtua tietoisen tapahtuman aikana. Kvanttilaskenta tapahtuu tubuliineissa ja johtaa romahtamiseen Roger Penrosen pelkistysmallin mukaan. Jokainen romahdus muodostaa perustan uudelle tubuliinikonfiguraatiomallille, joka puolestaan ​​määrää, kuinka tubuliinit säätelevät solujen toimintaa synapseissa jne. Mutta jokainen tämäntyyppinen romahdus myös järjestää uudelleen aika-avaruuden perusgeometrian ja avaa pääsyn tai aktivoinnin tälle tasolle upotettuja kokonaisuuksia.

Penrose ja Hameroff nimesivät mallinsa objektiivinen vähennys (Orch-OR-), koska biologian ja kvanttivaihteluiden "harmonian" tai "koostumuksen" välillä on takaisinkytkentäsilmukka. Heidän mielestään on olemassa vaihtoehtoisia eristys- ja kommunikaatiovaiheita, jotka määrittävät geeliytymistilat mikrotubuluksia ympäröivässä sytoplasmassa, ja ne tapahtuvat noin 25 millisekunnin välein. Näiden "tietoisten tapahtumien" järjestys johtaa tietoisuusvirtamme muodostumiseen. Koemme sen jatkumona, aivan kuten elokuva näyttää jatkuvalta, vaikka se jääkin sarjaksi erillisiä kehyksiä.

Tai ehkä jopa alhaisempi

Fyysikot suhtautuivat kuitenkin skeptisesti kvanttiaivojen hypoteeseihin. Jopa laboratoriokryogeenisissa olosuhteissa kvanttitilojen koherenssin ylläpitäminen pidempään kuin sekunnin murto-osia on suuri ongelma. Entä lämmin ja kostea aivokudos?

Hameroff uskoo, että ympäristövaikutusten aiheuttaman epäkoherenssin välttämiseksi kvanttisuperpositio on pysyttävä erillään. Näyttää todennäköisemmältä, että eristäytymistä voi tapahtua solun sisällä sytoplasmassajossa esimerkiksi jo mainittu geeliytyminen mikrotubulusten ympärillä voi suojata niitä. Lisäksi mikrotubulukset ovat paljon pienempiä kuin hermosolut ja ovat rakenteellisesti yhteydessä toisiinsa kuin kide. Kokoasteikko on tärkeä, koska oletetaan, että pieni hiukkanen, kuten elektroni, voi olla kahdessa paikassa samanaikaisesti. Mitä isommaksi jostain tulee, sitä vaikeampaa on laboratoriossa saada se toimimaan kahdessa paikassa samaan aikaan.

Samassa joulukuun New Scientist -artikkelissa lainatun Matthew Fisherin Kalifornian yliopistosta Santa Barbarassa mukaan meillä on kuitenkin mahdollisuus ratkaista koherenssiongelma vain, jos menemme tasolle. atomi pyörii. Tämä tarkoittaa erityisesti spiniä fosforin atomiytimissä, joita löytyy aivojen toiminnalle tärkeiden kemiallisten yhdisteiden molekyyleistä. Fisher tunnisti tiettyjä kemiallisia reaktioita aivoissa, jotka teoriassa tuottavat fosfaatti-ioneja sotkeutuneissa oloissa. Roger Penrose itse piti näitä havaintoja lupaavina, vaikka hän silti kannattaa mikrotubulushypoteesia.

4. Tekoäly - visio

Tietoisuuden kvanttipohjaa koskevilla hypoteeseilla on mielenkiintoisia vaikutuksia tekoälyn kehitysnäkymiin. Heidän mielestämme meillä ei ole mahdollisuutta rakentaa aidosti tietoista tekoälyä (4), joka perustuu klassiseen, pii- ja transistoriteknologiaan. Vain kvanttitietokoneet - eivätkä nykyinen tai edes seuraava sukupolvi - avaa tien "todellisiin" tai tietoisiin synteettisiin aivoihin.